способ хирургической коррекции роста нижней челюсти, устройство для хирургической коррекции роста нижней челюсти

Формула изобретения

1. Способ хирургической коррекции роста нижней челюсти, включающий создание костного дефекта и последующее механическое воздействие на кость в области созданного костного дефекта, отличающийся тем, что костный дефект создают в виде ниши на участке между вырезкой ветви и углом нижней челюсти, механическое воздействие осуществляют регулируемой по направлению и величине компрессией посредством устройства из сверхэластичного никелида титана, помещаемого и фиксируемого в созданном костном дефекте.

2. Устройство для хирургической коррекции роста нижней челюсти, содержащее фиксирующие элементы и активный привод, отличающееся тем, что фиксирующие элементы выполнены в виде двух параллельно и оппозитно расположенных контактных площадок из пористого никелида титана, соединенных активным приводом, выполненным в виде по крайней мере одной спиральной пружины натяжного или разжимного действия из никелидотитановой проволоки с эффектом сверхэластичности.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что контактная поверхность фиксирующих элементов выполнена выпуклой.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что материал активного привода выбран с эффектом памяти формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, конкретно к средствам репаративной стоматологической хирургии.

Развитие и рост ткани, ее обновление, репаративная регенерация после повреждения являются сложным процессом, сочетающим пролиферацию надкостницы (периоста) и внутреннюю резорбцию (эндоста). Баланс этих процессов, в результате чего образуется конкретная форма и поперечные размеры кости, регулируются генетически посредством гормональной информации, а также фактором внешнего воздействия (функциональной нагрузкой). Рост в длину происходит за счет пролиферации хондроцитов-клеток хрящевой ткани эпифизарных концов кости.

Нарушение указанных факторов является причиной аномалий формообразования кости и, как следствие, различной патологии в организме. Диспропорция роста костей верхней и нижней челюстей приводит к аномальному прикусу зубных рядов: дистального (аномально переднее положение верхней челюсти) и мезиального (вперед выдвинута нижняя челюсть). Это, в свою очередь, вызывает частичную дисфункцию жевательного аппарата и ущербность всего процесса пищеварения, а также артикуляционный и косметический дефекты, что является причиной эмоциональных страданий.

Таким образом, указанная костная патология играет заметную роль в физическом и психическом здоровье организма, а ее лечение составляет отдельную, давнюю и сложную задачу медицины. Наиболее простой, с точки зрения уровня техники из известных, является способ коррекции челюстей путем прямого хирургического вмешательства - костнопластической операции [1]. Излишний объем (размеры) кости удаляются, а его дефицит компенсируется аутотрансплантатом, либо локальным перемещением костного фрагмента. Такие операции высокотравматичны и связаны с большим риском несостоятельности. В случае исправления несимметричной диспропорции в ходе операций не всегда возможно правильно выбрать расстояние, на которое должен быть перемещен костный фрагмент. Возникает необходимость последующих корригирующих операций, т.е. дополнительной травматизации больного.

Известен более щадящий способ коррекции челюстей при дистальном прикусе [2] , использующий функционально действующие ортодонтические аппараты. С их помощью нижнюю челюсть выдвигают вперед, стимулируя ее рост из суставной головки. Акселерацию остеогенеза стимулируют наложением губных пелотов и щечных щитов для натяжения мышц нижней губы и подбородка и усиления прилива крови к апикальному базису зубного ряда.

Способ имеет ряд недостатков: он предпочтителен только в молодом возрасте, использует громоздкий и сложный аппарат, создающий для больного длительный дискомфорт, требует дополнительных корригирующих действий с верхней челюстью с помощью внеротовой лицевой дуги.

Возможность эффективной коррекции размеров кости появилась в 50-х годах прошлого века в связи с открытием компрессионно-дистракционного остеогенеза, суть которого состоит в стимуляции регенерации костной ткани путем дозированного механического воздействия (компрессии-дистракции) на корригируемую кость в зоне искусственно созданного костного дефекта. Впервые этот способ был применен в ортопедической хирургии [3] (способ Г.И. Илизарова). Впоследствии способ стал применяться в челюстно-лицевой хирургии [4]. В качестве технического средства был разработан компрессионно-дистракционный аппарат [5] - аналог предлагаемого устройства. Он содержит фиксирующие элементы в виде штырей, закрепляемых во фрагментах кости после остеотомии, и активный элемент - напряженную пружину или винтовой привод. Способ включает 4 основных этапа операции:

1. Остеотомия - создание механической травмы, как правило, - распил кости. Травма является пусковым механизмом регенерации костной ткани: выделяются неколлагеновые белки, которые регулируют репаративные процессы.

2. Компрессия. Сближение и сдавление костных фрагментов. Образуется хорошо васкуляризованная грануляционная ткань. Под влиянием белков-регуляторов образуется первичная костная мозоль.

3. Вытяжение (дистракция). Постоянная микротравма костной мозоли приводит к высвобождению неколлагеновых белков и новообразованию костной мозоли. Дозирование вытяжения и жесткая фиксация заданной репозиции костных фрагментов осуществляется компрессионно-дистракционным (деструктивным) аппаратом.

4. Цикл коррекции завершает период регенерации - образование молодой костной ткани на месте костной мозоли в позиции нормы.

Способ позволяет избежать костной пластики, менее травматичен и опасен для больного, имеет пределы удлинения нижней челюсти до 2,5 см. К недостаткам способа относят повышенную опасность осложнений, сложность выбора скорости вытяжения, когда при несоответствии физиологическому процессу остеобразования может состояться преждевременная консолидация костных фрагментов (слишком медленное вытяжение), либо образование ложного сустава (чрезмерно быстрое вытяжение). Необходимость длительного ежедневного и многократного активирования компрессионно-дистракционного аппарата делает способ трудоемким и неудобным для врача и для больного.

Указанный способ, как наиболее близкий по технической сущности аналог, выбран в качестве прототипа предложения - способа.

Устройство для реализации этого способа - компрессионно-дистракционный аппарат - содержит в качестве фиксирующих элементов спицы с винтовой нарезкой для укрепления в костных фрагментах, монтажные планки, муфты и гайки и активный привод винтового или пружинного типа. Внутриротовой вариант этого устройства [5] выбран в качестве прототипа предложения - устройства. Структурная сложность, громоздкость, дискомфортность для больного, малоэффективность действия - недостатки прототипа.

Технический результат предлагаемых изобретений - снижение травматизации, риска осложнений. Указанный технический результат достигается тем, что в способе хирургической коррекции роста нижней челюсти, включающем создание костного дефекта и механическое воздействие на кость в области созданного костного дефекта, костный дефект создают в виде ниши на участке между вырезкой ветви и углом нижней челюсти, механическое воздействие осуществляют регулируемой по направлению и величине компрессией посредством устройства из сверхэластичного никелида титана, помещаемого и фиксируемого в созданном костном дефекте.

Указанный технический результат также достигается тем, что в устройстве для хирургической коррекции роста нижней челюсти, содержащем фиксирующие элементы и активный привод, фиксирующие элементы выполнены в виде двух параллельно и оппозитно расположенных контактных площадок из пористого никелида титана, соединенных активным приводом, выполненным в виде, по крайней мере, одной спиральной пружины натяжного или разжимного действия из никелидотитановой проволоки с эффектом сверхэластичности.

Предпочтителен выбор выпуклой формы контактной поверхности фиксирующих элементов. Предпочтителен выбор материала активного привода - сплава никелида титана - обладающего термомеханическим эффектом памяти формы.

В основе доказательства достижимости технического результата лежат выводы проведенных авторами предложения научных исследований биомеханического регулирования остеогенеза применительно к костям челюстного аппарата, в частности к нижней челюсти.

Целью экспериментального исследования были поиск участков нижней челюсти, наиболее чувствительных к механическому воздействию, определение методики воздействия для регулируемой коррекции размеров и формы растущей кости. Объектом исследования были собаки в возрасте двух месяцев. В качестве технического средства использованы устройства из никелидотитановой проволоки с эффектами сверхэластичности и, для удобства установки, эффектом памяти формы. Регистрацию результатов осуществляли на основе сравнения задействованной и незадействованной половины челюсти. Для изучения медико-биологических свойств и роли материала устройства - никелида титана - использовалась контрольная группа животных (пять особей, которым при прочих равных условиях имплантировали указанное устройство с вариацией формы контактной поверхности фиксирующих элементов.

Методика эксперимента: под общим обезболиванием обнажают костную ткань в области ветви нижней челюсти и с помощью фиссурного бора рассекают циркулярно в переднезаднем направлении кортикальный слой в виде ниши - формируют ложе для установки устройства. В эксперименте использованы в двух группах животных два варианта устройств: разжимного действия (фиг.1), где два фиксирующих элемента 1 в виде плоских площадок соединены отрезком спиральной пружины 2 разжимного действия, и натяжного действия (фиг.2), где активным приводом служат две цилиндрические спиральные пружины 2, расположенные вне объема устройства. Во втором варианте костное ложе выполнено в виде двух смежно расположенных ниш с сохранением участка костной ткани между ними. Каждая ниша соразмерна контактной площадке устройства. Костные ложа (ниши) играют роль искусственно созданного костного дефекта.

В охлажденном до 0^oС состоянии активные приводы (пружины) устройств сжимают - в первом варианте и растягивают - во втором и устанавливают устройства в подготовленные ложа, где они после нагревания осуществляют соответственно компрессию примыкающих к костному дефекту участков кости или расположенного между ними. Рану ушивают. Через три месяца животных выводят из эксперимента и по обычной методике проводят морфологический анализ вычлененных челюстей методом световой микроскопии.

Результаты эксперимента, представленные в таблице в виде изменения размеров отдельных участков челюсти, свидетельствуют об активном влиянии имплантированного устройства на рост костной ткани и формирование геометрии кости, а также о возможности целенаправленного регулирования этими процессами путем изменения знака и величины вектора давления на костную ткань.

Сравнительно малый объем вынужденной травматизации, соответсвующий размерам компактного устройства, а также возможность эндоскопической технологии проведения операции обусловливают технический результат в части снижения травматизации.

Биосовместимость используемого материала устройств, щадящее и адекватное воздействие на костную ткань снижает риск постоперационных осложнений.

Форма костного дефекта - в виде ниши - определяется абрисом имплантируемого устройства. Расположенность костного дефекта на участке между вырезкой ветви и углом нижней челюсти обусловлена наибольшим влиянием устройства на остеогенез. Механическое воздействие посредством устройства из никелида титана более других технических средств соответствует физиологии костной ткани как по биомеханическому фактору, так и по динамической стабильности.

Существенность отличительных признаков изобретения - устройства обусловлена следующими причинами:

- структура устройства, (наличие двух оппозитно расположенных фиксирующих элементов) - осуществление компрессии в заданном направлении воздействия,

- материал фиксирующих элементов - (пористый никелид титана) - биосовместимость, наилучшие из известных остеоинтеграционные свойства;

- форма активного привода - (спиральная пружина) - компактность всего устройства, пространственная сопряженность его деталей, малое по этой причине травматическое вмешательство;

- эффект сверхэластичности материала активного привода - динамическая стабильность компрессии, снижение риска постоперационных осложнений.

Дополнительный технический результат - удобство установки устройства создается предварительным формованием активного элемента, используя эффект памяти формы материала.

Выпуклая форма внешних поверхностей фиксирующих элементов (контактных площадок в предложении) позволяет варьировать величину и пространственное распределение компрессии.

Новизна и изобретательский уровень технических решений доказывается их выявлением из научных исследований, результаты которых у указанной совокупности признаков ранее не публиковались и в мировом уровне техники не обнаружены.

Промышленная применимость определяется готовностью в настоящее время обоих объектов к использованию в клинической практике.

На иллюстрациях представлено

Фиг. 1. Устройство для хирургической коррекции нижней челюсти при компрессии внешних за дефектом участков. 1 - фиксирующие элементы, 2 - активный привод.

Фиг. 2. Устройство для хирургической коррекции нижней челюсти при компрессии внутридефектного участка. 1 - фиксирующие элементы, 2 - активный привод.

Фиг. 3. Фотографии опытной 1) и контрольной 2) нижней челюсти подопытных животных после проведения коррекции способом компрессии внешних участков.

Фиг. 4. Фотографии опытной 1) и контрольной 2) нижней челюсти подопытных животных после проведения коррекции способом компрессии внутреннего участка.

Фиг. 5. Фотография прикуса у животного после проведения несимметричной коррекции.

Таблица. Морфологические результаты эксперимента. Относительные изменения размеров участка нижней челюсти после коррекции ее роста предлагаемым устройством. Знак "-" - сдерживание роста, знак "+" - усиление роста.

Достижимость технического результата подтверждена экспериментальной проверкой предлагаемых способа и устройства на животных (беспородных собаках), проведенной в НИИТО (г. Новосибирск).

В эксперименте использованы устройства для коррекции роста нижней челюсти в варианте I (фиг.1) и варианте II (фиг.2).

Вариант I. Устройство содержит два фиксирующих элемента 1 плоской, эллипсовидной в плане, формы с размерами 10х7 мм по осям эллипса и толщиной 0,5 мм из пористого проницаемого никелида титана марки ТН-1П. Активный привод - пружина сжатия 2, элиптической, в соответствии с фиксирующими элементами, формы, имеет в общей сложности 3 проволочных витка, из которых два, крайние, завальцованы в периферические участки фиксирующих элементов. Пружина в свободном ("холодном") состоянии растянута до расстояния 10 мм между плоскостями крайних витков. Материал пружины никелид титана ТН-10 с эффектов памяти формы и сверхэластичности. Диаметр проволоки 0,2 мм.

Устройство в соответствии с предлагаемым способом работает следующим образом.

У подопытной собаки - двухмесячного щенка - под общим обезболиванием делают разрез по краю нижней левой челюсти участка близко к средине между вырезкой ветви и углом, отодвигают жевательные мышцы и обнажают костную ткань. Кортикальный слой кости рассекают со всех сторон в переднезаднем направлении и углубляют разрез в губчатый слой в виде ниши с прямоугольной геометрией и размерами, соответствующими устройству (фиг.1) со сжатой пружиной активного привода. Устройство в охлажденном хлорэтилом состоянии сжимают до смыкания витков пружины, незамедлительно и беспрепятственно погружают в созданную нишу с ориентацией условной оси устройства сонаправленно длине кости. Рану укрывают и послойно ушивают. Далее действие устройства происходит целенаправленно. Пружина активного привода при отогревании до температуры тела животного стремится восстановить исходный "растянутый" размер и через контактные поверхности фиксирующих элементов 2 производит давление (компрессию) на участки губчатой костной ткани, примыкающие к костному дефекту.

Период корректируемого роста нижней челюсти в указанном примере составил три месяца, после чего животное выведено из опыта. Результаты эксперимента оценены относительно правой половины нижней челюсти, не подверженной воздействию, и составили следующие значения:

Ускорение роста ветви - 75%, высоты альвеолярного отростка - 19,7%, высоты венечного отростка - 13,2%. Замедление роста длины тела - 17,3%, длины суставной головки - 9,6%, толщины альвеолярного отростка - 3,7%.

Вариант II. Устройство в отличие от варианта I содержит в качестве активного привода цилиндрические спиральные пружины 2 растяжения (фиг.2). Диаметр пружины 4 мм.

Устройство в действии подвергает компрессии участок губчатой кости нижней челюсти, расположенной между фиксирующими элементами. Для этого костный дефект, служащий ложем для имплантируемого устройства, выполняют в виде двухфрагментной ниши, каждая с размерами, корреспондирующими отдельному элементу. Пружины 2 активного привода в рабочем состоянии растянуты. После имплантации и отогревания усилия эластичной деформации действуют на сближение фиксирующих элементов, т.е. подвергают сжатию участок кости внутри устройства. Ориентация последнего аналогична варианту I, т.е. условной осью устройства сонаправленно кости.

Результаты эксперимента.

Ускорение роста ветви - 50%, высоты венечного отростка - 7,1%, толщины альвеолярного отростка - 2,6%. Замедление роста длины тела - 8,3%, длины суставной головки - 10,5%.

Данные результаты подкреплены статистикой эксперимента на партиях животных по 5 особей в каждой. Результаты свидетельствуют о функционировании заявляемых объектов, т. е. возможности коррекции роста нижней челюсти и исправления патологии прикуса (фиг. 3, 4, 5) и достижимости технического результата предлагаемых изобретений. По критериям клинической практики способ и устройство достаточно разработаны для широкого применения в медицине.

Источники информации

1. Вернадский Ю. И. Травматология и восстановительная хирургия челюстно-лицевой области. Киев, 1985, с.331-370.

2. Хорошилкина Ф. Я. , Френкель Р. , Демнер Л.М. и др. Диагностика и функциональное лечение зубочелюстно-лицевых аномалий. М.: Медицина, 1987, с. 181-257.

3. Илизаров Г.А., Хелимский Г.М., Барабаш А.П. Морфологическая картина репаративной регенерации костной ткани. Сборник научных трудов Курганского НИИЭКОТ. Челябинск, 1976, вып.2, с.36-42.

4. Коганович С. И. Компрессионный остеосинтез при лечении повреждений нижней челюсти. Отчетная научная конференция Ставропольского медицинского института. Ставрополь, 1967, с.284-285.

5. Безруков В.М., Робустова Т.Г. Руководство по хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, т.2. М.: Медицина, 2000, с.307-315.